Преобразователь постоянного напряжения

 

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение во вторичных источниках электропитания. Цель изобретения - улучшение массогабаритных показателей и формы выходного напряжения. Преобразователь содержит силовые кл)очи (к) 1 и 2, трансформаторный узел, выполненный с первичными 3 и 4, вторичными 5 и 6 и размагничивающими 7 и 8 обмотками. Узел ограничения скорости нарастания напряжения на К 1 и К 2 содержит диоды 12-15 и дроссель 16. Выполнение трансформаторного узла на одном двухстержневом магнитопроводе 19 с шунтом 20 обеспечивает отсутствие провала на выходном напряжении. При замыкании К 1 процесс перемагничивания магнитопровода определяется превышением числа витков обмотки 4 против числа витков размагничивающей обмотки 8. Напряжение на вторичной обмотке 6 превышает выходное напряжение , и приложено в запирающей полярности к выпрямителю 11. Перед замыканием К 2 магнитный поток через обмотку 4 определяется потоком, пронизывающим обмотку 3, за исключением части потока, ответвляющегося в магнитный шунт. При замыкании К 2 разность потоков обмоток 3 и 4 заьшкается через магнитньп шунт, магнитное сопротивление возрастает и намагничивающий ток возрастает во время перекрытия К 1 и К 2. При этом магнитная энергия через диоды 9 и 10 возвращается в сеть. 6 з.п. ф-лы, 3 ил. (О оо со со 00 о

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (11) (5!) 4 Н 02 М 3/335 7/538

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A BT0PCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA (21) 3782396/24-07; 3782397/24-07 (22) 22.08 ° 84 (46) 23.09.87. Бюл. М 35 (71) Опытное производственно-техническое предприятие Уралчерметавтоматика (72) О,H,Ìåëüíèêîâ (53) 621.314.57(088.8) (5e) Авторское свидетельство СССР

М 1001363, кл. Н 02 М 3/335, 1982 °

Электроника, 1978, М 3, с. 50-56, ! ис. 8.

54 ) IIPI ОБРАЗОБАТЕ)!Ь ПОСТОЯННОГО

HAI 1РЯ)КЕН ИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может найти применение во вторичных источниках электропитания.

Цель изобретения — улучшение массогабаритных показателей и формы выходного напряжения. Преобразователь со— держит силовые ключи (K) 1 и 2, трансформаторный узел, выполненный с первичными 3 и 4, вторичными 5 и 6 и размагничивающими 7 и 8 обмотками.

Узел ограничения скорости нарастания напряжения на К 1 и К 2 содержит диоды 12-15 и дроссель 16. Выполнение трансформаторного узла на одном двухстержневом магнитопроводе 19 с шунтом 20 обеспечивает отсутствие провала на выходном напряжении. При замыкании К 1 процесс перемагничивания магнитопровода определяется превышением числа витков обмотки 4 против числа витков размагничивающей обмотки H. Напряжение на вторичной обмотке 6 превышает выходное напря— жение, и приложено в запирающей полярности к выпрямителю 1!. Перед замыканием К 2 магнитный поток через обмотку 4 определяется потоком, пронизывающим обмотку 3, за исключением части потока, ответвляющегося в магнитный шунт. При замыкании К 2 разность потоков обмоток 3 и 4 замыкается через магнитный шунт, магнитное сопротивление возрастает и намагничивающий ток возрастает во время перекрытия К 1 и K 22. При этом магнитная энергия через диоды 9 и 1О возвращается в сеть. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

j4I3 с)бр» т(.Ви(3. О i f1 0(I!т(. » fi lip(<) 0;) и э Онат»г!ь но!! ) 1(. Iс т1) О ГL. ili life ll ) io)f е найти пркменени» Во вт орич.:ых ис точниках электропктания„

1 1(3 л ъ и 3 О б p F. т е 1 I и я у .1 1 у if If 1 е 1 t и (м сс ( сог 3бLpHTIIbtK показат(3 1(Й !! фс)рмы вь)ходно1 о напряж(13ия,.

На AHI ° 1 пр(.дставт-еtià с х»ма пр(— образователя, п(рвый вариант; на

AHI . 2 — трансформаторный уз()л; на ф и Г . 3 — с х е м а и р (. 0 б 1) 3 э О В а т е Г! я, В т 0— рой ва.риант.

Преобразоват()ль со3!е?3жит си:IOBBie ключи 1 и 2, последовательно-вктпоченные с ними первичные обмотки 3 и

4, вторичные 5 Г! 6 и разь!а11".Ячивающие 7 и 8 обмотки трансформаторногo у(33!а. Раэма! ничи )ftiotJJH(7 и 8 00ìoòKè

ЧЕ?ЗЕЗ РЕ1(сгПЕРс3ЦИОННЫЕ,ЦИОЛЬ 9 И 0

ПОдlсл)очены Ic Входу ) а В тори чны(3 oo

MOTiCH э H 6 (ie p(B 1311111)F. IHT», IB 1 1 к Выходу преОбра 30 3ат()ля, У3»J(Огра— ничения скорости нара()танкя напряжения силовых ключ(й включен в цепь первичных обмоток 3 и 4 и содержкт диоды 12-1э, дроссель 16 и конденсаторы 17 и 18.

Трансформаторный узел выполнен на одном,едином, двухстерж:Зевом

Г магнитопроводе !9 с шатуном 20, уста— новленным между стержнями и параллельно им, а каждая и=! указанных групп обмоток расположена на отдельном стержне.

Преобразователь по Второму варианту (фиг. 3,3 содержит на Входе »мКостные де)п)тели 21 и 22 напряжения, Преобразователь постоянного напряжения с размагничивающими обмотками по первому варианту (AH . 1! работает следу)ощим образом, Б момент Времени ", когда ключ замкнут, а ключ 2 разомкнут, напряжение на вторичной обмотк» 3 приложено в проводящей полярности к Выпрямителю 1), т.е. 3)ыходное напряженке преобразователя опр(д(ляется напряжением питания 31,, приложенным к

Г)ервкчной обмотке 3 через к:по-t 1, Напряжение на обмотке 4 в это время превышает напряжение питания 1!а Величину ьП (идет процесс пер»ма. .ничивания магнитопровода и превьпше1 ие напряжения П) на обмот ке ч эпрелеляется превьппенкем чисьтс! витков обмотки 4 против числа витков раэмагничивающей обмотки 8, . 11апряжепие на вторичной обмотке 6 также превышает

П3 !))

C и! IK0;tlioL н,!11P)t;. (i!tie !11)e!Обпс() с)1<а -JIB а»т со Второго

«HBaeт отсутстви(3

ТО I O ) KrlK 01!О ИС 1(З плеча, что к обесп(1lP ОВ (Jl l I3el ВЬ)ХОД! 1ас

11c3pBметры ма- ни ра)отся из сл(дуюп:и.:;

Обозначив через

С ОПТ)0 ТИВЛЕ Пк(1 ГOJIOI.

„.;а !, I:ринадл()жаli(!Й моток) через Н,.—

) ш 1 ивлеHèе ttlуiiòèj)J юпl(.

45 напряжении, ного шунта выбисоображе)3ий, à — магнитное

13ны магнктопровооцной группе обма нитное сопрос и ЦЕП;3 !сВКЛЮЧаЮ50 (0

i5 .1сс / уг

1.; Оно П1И)ло;-(цо (3 )апиР lю!И(-.!1 .ОЛЯР—

1!()с I.и к 1)ь:пряГ ителн 1.

;1але(3 it»j)(.JI эамь ка)и!ем ключа 2

:.с!п)ряжеltè» на обмо I K(3 H с оотве Tc1— в»lil!0 на В) txoJIL . Нр»обраэователя ос— с т.l(т()я пр»i) IIIttil; клк(с 1 замки ст

??аг «ит)п,)й поток через обмотку 4 и напряжение на ней спределяеici! поток;) 1, IIpoíHBBII3;ií,lit)3M Включенную обмот— ку 3 за исключением части потока, ответвгяющегося в . агнитный шунт.

8 момент з аыт,псания ключа 2 напряжение на обмотке 4 Ьи:ксируется на уровii(.. До замыка)!НЯ OHO было ниже из-эа 1 али к!я ма гнитного шунта! и дальнейшее;3з 1»ii(ние потока в этс:й

c f)мОтIce . э сl)та(.тся п1)и:10ж()lfiы 1 к 1!(3Й нсп)ряженкем, 11озникающая при этом раз)!ость .;oTOKOВ обмоток 3 и 4 за-!

ыкается через маг))ит) ый шунт, магнит1{0 е c0:Ip0 ивл(-li к P.;I»ïè Обмоток

3 и 4 при этом воз;-. а стает H !аь агничива!опий ток об»HK обмоток !а все время I:åp!Kpf Y кя к: ючей 1 и 2 рас

Тe!Т С сгВ(тИ.I(lii!OH С КОРОСТЬК) ) !To ув(личива(- т (.гo . !ах сима )ьное э)(аче— .lI» . 0днако : а к к -: к Ilак ОГ л L!íllelÿ э l!(.р гия маг)(итllol о;-толя практически полность)о Во 3F3pс)г;ает ся в дальнейш(M через рекуперапис)нные ;тиоды 9 и 10

И Cf ТЬ ) 3TO УВЕЛИЧ(-1(ИЕ . )с!МстГ)IИЧИВс11О щего тока не явля(tся недостатKQM.

11апряжения «!а обмol ках оста)от»я по.t— ностью не Завис имь:и-. При вкл)оч»1(ии

К 1ЮЧсз 2 itñ(СООТ13Е Т С ТвуЮ11!ЕЙ ВЫХОДКОЙ

ОЙМО "K(6 И с)00 Гт)»т СтВЕННО На ВЫПря— ми тел(1 1 1(ст1!р яжс) lп(е пО явля » т ся ДО

IlIe!е И CO!IpOTIII)„I»IIHL ПО ВОЗДушНОму ,) зазору, и, с:.()дова)ег)ьно, не равное даже при отсутстBHH шунта, рассмотРИМ СЛ(,3" tBIIIH» СЛУ((а и .

CO . ТО 031! ñ×àÅÒ, ЧТО ОбЕ

)с)

) п»pBHLIIII е обм() TicH i:меют коэффициент связк»дипица,:;тс; можно реализовать строго, тол).ко ((слк это одна и та же оомотка,.или при().н-:ж»нно, если обе обмотки намота))ь) ii . Об)цем стержне, :3 133980 4

4 т.е. это обы п«ый трансформатор двухтактной схемы.

Н =0, «1ве половины трансформатора полностью отделены шунтом, т.е. . « практически это могут быть два отдельных трансформатора. Устройство будет работоспособным, но такой преобразователь приобретает главный недостаток однотактных схем — плохое использование сердечника, который в этом случае работает только на одном знаке магнитной индукции и, следовательно используется максимум наполовину. Кроме увеличения объема сердеч5 ника, это приводит и к удвоению числа витков всех обмоток и соответственно к увеличению падений напряжений на обмотках и ухудшению стабилы«ости выходных напряжений. Расчеты пока зывают, что коэффициент использова— ния серде «ника в общем виде в дан««ой схеме определяется выражением

3 --"«+1

25

+

При этом величина всплеска тока, вызванная наличием связи двух первичных обмоток и выраженная как доля тока холостого хода

3 Г

Я лх>

15 где i — ток холостого хода.

Как видно из первого выражения, R,, при -- =2 коэффициент использования

RD сердечника составляет 5/6. Отношение

2«. обычно составляет менее 0,1. СлеТ довательно, при - =2 величина всплесЙр ка тока составляет значение, не превышаюц«ее 207, от тока холостого хода, 45 что является вполне приемлемым.

На фиг. 2 приведены варианты шунтирования магнитопровода 19 шунтомвставкой и шунтом-накладкой 20.

Ограничение скорости нарастания 5р напряжения силовых ключей 1 и 2 обеспечивается временем заряда конденсаторов 17 и 18. С ц лью уменьшения динамических потерь при перезарядах указаннь«х конденсаторов на этапе подготовки к очередному моменту выключения соответствующего из силовых транзисторов 1 и 2 в цепи перезаряда установлен дроссель 16. Диоды 1215 служат для разделе««ия цепей заряда и разряда конде««саторов 17 и !8.

Соотношение витков в первичной

3(4) и размагничивающей 7(8) обмотках в преобразователе определяется соотношение

Т+

К

Т-: где Т вЂ” длительность периода преобразования; длительность фронта нарастания напряжения при размыкании ключа, величина которого определяется необходимым or раничением потерь на транзисторе соответствующего ключа элемента.

Работа преобразователя, выполненного по второму варианту (фиг. 3), аналогична вь«шеописанной. Отличие составляет то, что преобразователь питается от первичного источника, имеющего средний потенциалы«ый вы— вод, либо средняя потенциальная точка образуется установкой на входе емкостного делителя напряжения.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

l. Преобразователь постоянного напряжения, содержащий два однотактных усилителя мощности, соединенных по схеме двухтактного преобразователя, для чего каждый состоит вз транзистора и трансформатора с первичной, вторичной обмотками и цc-. .««« размагничивания, при этом силовые выводы транзистора каждого однотактного усилителя мощности подключены через первичную обмотку трансформатора к соответст««у«с«««««м входным выводам однотактного усилителя мощности, а вторичные обмотки — к выходным выводам, отличающийс я тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей и формь выходного напряже««ия, трансформаторы выполнены на одном двухстержневом магнитопроводе и обмотки каждого трансформатора размещены на отдельном стержне, 2. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю ш и и с я тем, что соответствующие входные выводы однотактHLIx усилителей мощности соединены и подключены к входным выводам преобразователя, при этом цепь размагничивания выполнена в виде диода и обмотки размагничивания, которая,)a-)— мещена на каждом стержне магilHтопровода и подключена через соответ(TBjj ющий диод к входным выводам, 3. !1реобразователь по Ii. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, ч-0 соответствующие входные выводы однотактных усилителей мощности соединены последовательно и подключены к вход— ным выводам преобразоватеспя, к которым подключен емкостной делитель, средней точкой соединенный с объединенными разноименными входными выводами. однотактных усилителей мощности причем в каждом цепь размагничивания выполнена в виде последовательно соединенных рекуперационного диода и обмотки размагничивания, являющейся. секцией первичной обмотки, и подключена между средней тОчкОИ де лителя и противолежащим входным вы— водом.

4, Преобразователь по п„ 1., о т-л и ч а ю шийся тем, что магни-топровод трансформатора содержит магнитный шунт, установленный между стержнями и параллельно им,.

5. 11реобразователь по и. 2, о т— л и ч ающий с я тем, (то число витков размагничивающей обмотки мен . ше числа витков первичной обмотки.

\ 1() Я(11 !) (-;. 1!реобг 13 1!! е 1) .Г !1. ) -. " т

11 ) H а !!) ! )1 1 i ) !1 ° ) °

1 Ю 110131 ШЬ- ИЯ I) ") J .) З ° 1 01 Р . . -(И с(Е Н И Я i К 0 Р О С Т и Н а Л а С 1 с1 I (I ((I! сl ;) Я ж Е flilf() C 0(1 t.РжсП((3(И (L . ЫР(- ИОД<1 ) (-ОUДИ нгнных попарно и I!o= (едо(3ател(.но в ць НОЧКИ, OJ! IIH C НО60,3ные KOI(IIb! рых ОбъеjIине1 bi и г!07!(лечены чеpе 3 про с

3Ï

cñ JII, к одному I3õoJII!0!Hó вывг)ду;!рг О ра3оватс.т:я, а пру(ие О.)ъе((инены и .- Опк31! ч ены к J(pуГОмГг !3хО,(н Ому выводу пp е Обр а

-ователя, а;редни(30-(;H ука: —.ail!lb(õ цепочек чер .з к()нденса". оры подсоелис - > пены к точка(.: ccL HI(LI(H)3 "p7H! Hстор 013 с I(a" 1) 13èчными 0 бмОтк ами о

7. Преобра.!онатель го пп. H 3, О т л и ч а ю щ и Й с я тем, чтс, с

:;, лью 11013b(1(ICI!Hÿ КП;,, введены дна

9 !. :-Трехпол!осинка содержащие кажлый д»а ",,ocbioäàf)г(ел(,нс соoдине!!Ных д(.0—

;(а, связали!(е с их общей то(ко(кон;1! ЛсатоР H J )ассоль, II() )êlII()HLI(i(b(é свобод" ому выводу одног0 Hfз диодов, ) g 113; I OÈ Bb!I! О;;,,РОС C(ЛЯ .:ОДКЛК)ЧЕН К (родней точьL емкоcтно, О делит ля ) а друуГОЙ вь(130д кОнденсf(7 Ора — Oái!Ib Й точке соелин 0 f(HI! I !) af» )ис I op;. с .(-ep:! i"(f10H Обмо: кОЙ,:1))ичем свобог(ные 13bl—

;10

)>oJ1b! диодов лог(ключ ены к раз нь!м входным вьн)одам. а каждый рекупера HOIlflbiH )(HO!1 ".В Я 33 (С 0 I 130ДСI(COOT

"(тствую(!(е(1 пернь(ч:(Ой обмотки.

Составитель Н,Цишевская

Редактор Г ° Во iкова Техред M.Õîäèíè÷ Корректор С, 11екмар

Заказ 4240/51

Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., д. 4/5

Производственнополиграйическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4